Có nhiều cách để giám sát cáp trong phòng thí nghiệm, tại hiện trường, hoặc với các phương pháp on/off-line.
Tổn hao điện môi (Tangent Delta): Phương pháp này cung cấp thông tin về sự lão hóa của cáp bằng cách xác định hệ số tổn thất điện môi có liên quan đến thành
phần kết nối, quỹ đạo và nhiệt độ cáp thực tế. Trong điều kiện lý tưởng, cáp có đặc điểm điện dung duy trì sự khác biệt pha giữa điện áp và dòng điện ở 90 độ. Tuy nhiên, nếu có các khiếm khuyết trong cáp, góc giữa điện áp và dòng điện không còn 90 độ nữa; Thay vào đó nó sẽ thấp hơn bình thường. Tuy nhiên, phương pháp này không được sử dụng cho cáp XLPE do giá trị Delta Tangent thấp.
Giám sát dòng điện rò: Phương pháp theo dõi này đo dòng điện rò rỉ từ cáp điện cao thế xuống mặt đất qua bề mặt của cách điện. Giá trị đo được có thể chứng minh các vấn đề ô nhiễm của cáp và các phụ kiện của nó.
Giám sát nhiệt độ: Giám sát nhiệt độ trên cáp điện là một công cụ hiệu quả để phát hiện tình trạng bất thường. Bộ cảm biến bán dẫn hoặc sợi quang học phổ biến để giám sát nhiệt độ liên tục của cáp. Ưu điểm của việc giám sát này là đo nhiệt ở thời gian thực từ đó đánh giá lại nhiệt lượng của cáp. Tuy nhiên, hầu như tất cả các hệ thống cáp đang vận hành ở điều kiện tải thấp trong hầu hết thời gian, nên không thể tính toán hiệu quả nhiệt lượng của cáp. Do đó, giám sát nhiệt độ trên cáp nên tập trung vào một thời gian nhất định và ở một đoạn cáp.
Giám sát PD: Mặc dù nhiệt có tác động đáng kể đến cơ chế lão hoá của cáp, điện là nguyên nhân gây ra lão hóa. Giám sát PD của cáp là phương pháp hiệu quả nhất có thể giám sát lão hóa điện. Việc xác định vị trí của PD, được sử dụng phương pháp phản xạ miền thời gian (Time Domain Reflectometry - TDR). Giám sát PD của hệ thống cáp có thể được phân loại rõ ràng thành phương pháp off-line và on-line. Đối với phương pháp off-line, nó đã được sử dụng rộng rãi với thử nghiệm chịu được điện áp để kiểm tra sự chịu đựng của cáp từ nhà máy. Nó cũng có thể được sử dụng để đo PD tại hiện trường.
Phương pháp điện áp thử nghiệm cộng hưởng: Có hai cách thực hiện kiểm tra này bằng các mạch thử nghiệm khác nhau để kiểm tra cộng hưởng; Mạch cộng hưởng tần số (FTRC) và, Mạch cộng hưởng theo cảm ứng (ITRC) với phương trình cộng hưởng sau (2.1) trong cáp.
1
(2 )
F
LC (2.1)
L: Điện cảm thử nghiệm (hoặc điện dẫn bên ngoài) C: Điện dung cáp
Phương pháp FTRC sử dụng công cụ chuyển đổi điện tử tạo ra các sóng hài và tiếng ồn trong hệ thống thử nghiệm. Do đó các kỹ thuật xử lý tín hiệu thích hợp được đặt ra.
Phương pháp nguồn áp xoay chiều có biên độ giảm dần (Damped alternating voltage - DAC): Theo IEEE 400.3-2006 [8], nguồn phát DAC cũng có thể được sử dụng như là một sự thay thế cho những phương pháp sử dụng nguồn cao áp
AC online. Nguồn áp có trọng lượng thấp và tiêu thụ ít công suất hơn so sánh với những nguồn bình thường hoạt động ở mức đúng công suất ở tần số 50Hz.
Hình 2.7. Dạng sóng nguồn áp xoay chiều có biên độ giảm dần (DAC) Một mạch thí nghiệm thông thường bao gồm một nguồn DC, được dùng để nạp dung cáp với điện áp tăng lên liên tục (không có tình huống ổn định). Sau khi đạt đến điện áp đỉnh mong muốn, một công tắc dùng để làm ngắn mạch cáp được sử dụng thông qua mạch đo hình dạng sóng. Mạch đo hình dạng sóng có thể được điều chỉnh để tạo ra tần số thí nghiệm mong muốn. Tần số DAC thay đổi từ vài chục Hz cho đến vài KHz tùy thuộc vào loại mạch hình dạng sóng được sử dụng.
Ưu điểm của phương pháp đo PD off-line sử dụng điện áp DAC:
- Điện áp thí nghiệm dạng xung DAC (Damped AC Voltage) với biên độ điện áp lớn nhất bằng với điện áp dây (1.7xUo, với Uo là điện áp pha), thời gian thí nghiệm ngắn (100ms) nên không gây tổn hại cho cáp đang vận hành.
- Các giá trị PD tin cậy được lấy dựa trên số liệu thống kê của các mức điện áp thí nghiệm từ 0.5xUo đến 1.7xUo.
- Xác định được điểm cách điện yếu trên cáp.
Khuyết điểm: Cần người thí nghiệm có kinh nghiệm và tay nghề cao để phân tích dạng sóng, kết quả thu được.
* Phương pháp nguồn áp tần số thấp (Very low-frequency voltage-VLF):
Theo IEEE 400.3-2006 [8], giá trị thương mại của nguồn áp VLF là trọng lượng nhẹ, nhu cầu công suất điện dung thấp so với những nguồn thông thường (50Hz).
Không giống như nguồn áp DC, điện áp VLF không tạo ra những không gian điện tích gây hại cho cáp nhờ vào khả năng đảo cực liên tục của điện áp. Nguồn áp VLF thông thường là 0.1Hz.
Nhìn chung thì vẫn sẽ có một ít sai lệch giữa mẫu PD và PDIV do VLF (0.1 Hz) gây ra so sánh với PD do nguồn áp có tần số 50Hz gây ra.
Tại tần số thấp, những mẫu xung PD phản xạ được phân tách tốt hơn. Điều này sẽ giúp kỹ sư thí nghiệm dễ dàng nhận ra vị trí PD hơn nhờ vào việc xả điện áp tích trong cáp với tỉ lệ lặp lại cao.
Ưu điểm của phương pháp đo PD off-line sử dụng điện áp VLF [7]
- Dạng sóng điện áp không phá hủy cáp.
- Các chế độ thí nghiệm được cài đặt tự động trực tiếp vào máy.
- Xác định được điểm cách điện yếu trên cáp.
Khuyết điểm: Cần thêm thời gian để so sánh, đánh giá kết quả do PD (do khác biệt về tần số).
* Phương pháp phản xạ kế miền thời gian (Time Domain Reflectrometry - TDR):
Xác định các thông số hiện trạng ban đầu của cáp bởi phương pháp phản xạ kế miền thời gian (Time-Domain Reflectrometry - TDR). Theo IEEE 400.3-2006 [8], một phương pháp thông thường dùng để xác định vị trí của PD trong cáp là sử dụng nguyên tắc phản xạ, như thể hiện ở hình 2.8.
Hình 2.8. Hình ảnh xác định các thông số hiện trạng ban đầu của cáp bởi phương pháp TDR
Các nguồn kích thích và đo lường được thực hiện từ một đầu cáp (“near end” –
“đầu gần” và “far end” – “đầu xa” mô tả 2 đầu cáp). Từ vị trí có PD, hai tín hiệu giống nhau di chuyển theo hai hướng ngược nhau. Một tín hiệu trực tiếp đi về hướng “near end” của cáp và được ghi nhận đầu tiên là xung A. Tín hiệu đi theo hướng ngược lại được phản xạ và đi về phía gần cuối của cáp rồi và quay trở lại “near end” – tại đây nó được ghi nhận là xung B. Sử dụng thời gian t khác nhau giữa hai lần xuất hiện của 02 xung này và vận tốc truyền sóng xung, ta có thể ước tính được vị trí của PD.
Phương pháp này dùng để xác định chiều dài sợi cáp, vị trí các hộp nối, phát hiện sơ bộ các hiện tượng bất thường khác như chỗ cáp bị phóng điện, khiếm khuyết.
* Phương pháp điện áp một chiều (DC): Mặc dù phương pháp điện áp DC không thể biểu thị mức chịu cách điện liên quan đến điện áp xoay chiều, phương pháp này đã được sử dụng cho các vấn đề về nhiệt, dẫn. HVDC có thể được áp dụng để kiểm tra mức chịu đựng của cáp theo thời gian. Ưu điểm của phương pháp này là sự đơn giản, nhẹ và chi phí có hiệu quả với điện năng thấp.
* Phương pháp điện áp xung: Điện áp xung với tốc độ tăng nhanh và tốc độ giảm tương tự như tần số có thể được áp dụng cho các thử nghiệm tại hiện trường.
Phương pháp này có ưu điểm nhờ thiết bị nhẹ. Nhược điểm của phương pháp này rất khó để xác định điện áp khởi đầu của PD, độ suy giảm cao dọc theo chiều dài cáp, kết quả thử nghiệm phụ thuộc vào khoảng cách, và khó tìm mối tương quan giữa nhà máy và kiểm tra tại hiện trường đối với các giá trị PD.